La « ténacité » a été améliorée ! Huit conseils pour durcir les céramiques de nitrure de silicium- Zhejiang Shangguijuli Special Material Technology Co., Ltd.

En tant que matériau céramique structurel important, le Si ₃ N ₄ la céramique a de bonnes propriétés mécaniques et une bonne résistance aux chocs thermiques (chauffée à plus de 1000 ℃ dans l'air, elle ne se brisera pas même si elle est soudainement refroidie ou chauffée). Il est actuellement considéré comme ayant de bonnes performances globales et a été largement utilisé dans la métallurgie, l’aérospatiale, l’énergie, les machines, l’industrie militaire, l’optique, l’industrie du verre et d’autres domaines.

Limité par le « problème commun de la céramique » : grande fragilité

Si ₃ N ₄ est un composé de liaison covalente puissant avec une force de liaison atomique élevée et de bonnes performances globales. De plus, en raison de la directionnalité et de la saturation des liaisons covalentes, il existe peu de systèmes de glissement dans Si. ₃ N ₄ céramiques composées de liaisons covalentes, et elles se brisent généralement avant que le glissement ne se produise, ce qui entraîne une fragilité importante du Si ₃ N ₄ céramique.

Cependant, la faible ténacité du Si ₃ N ₄ la céramique et la sensibilité aux fissures locales à l'intérieur du matériau sont devenues les défauts fatals du Si ₃ N ₄ céramiques, ce qui affecte sérieusement sa durée de vie et sa fiabilité et limite considérablement son champ d'application.

La poudre de matière première affecte-t-elle sa ténacité à la rupture ?

Depuis le processus de préparation du Si ₃ N ₄ la céramique utilise principalement de la poudre comme matière première, un corps céramique dense est obtenu après pressage et frittage. Par conséquent, les caractéristiques du Si ₃ N ₄ la poudre joue un rôle essentiel dans le processus et les performances de frittage. Si ₃ N ₄ la poudre comprend principalement deux types : α-Si ₃ N ₄ phase et β-Si ₃ N ₄ Lorsque la teneur en phase β dans la poudre est > 30 % en volume, la force motrice diminue pendant l'étape de dissolution et de reprécipitation du frittage, et le processus de densification des céramiques de nitrure de silicium est inhibé ; et la microstructure de la céramique est principalement composée de cristaux équiaxes plus fins, ce qui ne permet pas d'obtenir une ténacité élevée.

Utilisation de α-Si ₃ N ₄ car la poudre initiale est plus propice à la préparation de Si à haute résistance et ténacité ₃ N ₄ céramiques car α-Si ₃ N ₄ est formé par une réaction de dissolution et de précipitation lors du frittage en phase liquide du β-Si ₃ N ₄ , et au cours de l'étape suivante de grossissement des grains, la croissance anisotrope du β-Si ₃ N ₄ peut former une microstructure auto-durcissante, améliorant la densité et la ténacité du Si ₃ N ₄ céramique.

En termes de teneur en oxygène, la ténacité augmente à mesure que la teneur en oxygène de la poudre diminue. En effet, lors de l'utilisation de poudres à faible teneur en oxygène en surface, moins de phase liquide est produite lors du frittage, ce qui entraîne moins de sites de nucléation et moins de noyaux, et la forme cristalline passe de semi-axiale à axiale. β-Si ₃ N ₄ se présente sous la forme de tiges longues, avec un allongement plus élevé et une ténacité à la rupture plus élevée.

De plus, Si ₃ N ₄ les poudres à haute teneur en carbone inhiberont le processus de densification du nitrure de silicium. Parce que le carbone réagit avec le dioxyde de silicium (SiO ₂ ) à la surface de Si ₃ N ₄ poudre pour générer du CO et du SiO, la formation de la phase liquide est inhibée, ce qui n'est pas propice au processus de densification du Si ₃ N ₄ .

Par conséquent, la teneur en phase α, la teneur en oxygène et la teneur en carbone du Si ₃ N ₄ la poudre de matière première en céramique affecte toutes la ténacité du Si ₃ N ₄ corps fritté. Les facteurs clés pour sélectionner un α élevé pour obtenir une ténacité élevée Si ₃ N ₄ les céramiques sont la phase physique, une faible teneur en oxygène, une faible teneur en carbone et une surface spécifique appropriée de Si ₃ N ₄ poudre.